Onderzoekers van de North Carolina State University hebben de eerste spoelen van silicium nanodraad gemaakt op een substraat dat kan worden uitgerekt tot meer dan het dubbele van hun oorspronkelijke lengte. ons dichter bij het integreren van rekbare elektronische apparaten in kleding, implanteerbare apparaten voor gezondheidsbewaking, en tal van andere toepassingen.

"Om rekbare elektronica te maken, je moet elektronica op een rekbare ondergrond plaatsen, maar elektronische materialen zelf zijn vaak stijf en breekbaar, " zegt dr. Yong Zhu, een van de onderzoekers die de nieuwe nanodraadspoelen hebben gemaakt en een assistent-professor mechanische en ruimtevaarttechniek bij NC State. "Ons idee was om elektronische materialen te maken die kunnen worden op maat gemaakt tot spoelen om hun rekbaarheid te verbeteren zonder de elektrische functionaliteit van de materialen te schaden."

Andere onderzoekers hebben geëxperimenteerd met het "knikken" van elektronische materialen in golvende vormen, die zich kan uitstrekken als de balg van een accordeon. Echter, Zhu zegt, de maximale spanningen voor golvende structuren komen voor op gelokaliseerde posities - de pieken en dalen - op de golven. Zodra de faalspanning op een van de gelokaliseerde posities is bereikt, de hele structuur faalt.

"Een ideale vorm om grote vervormingen op te vangen, zou leiden tot een uniforme spanningsverdeling over de gehele lengte van de constructie - een spiraalveer is zo'n ideale vorm, " zegt Zhu. "Als gevolg hiervan, de golvende materialen kunnen de mate van rekbaarheid van de spoelen niet benaderen." Zhu merkt op dat de vorm van de spoel energetisch alleen gunstig is voor eendimensionale structuren, zoals draden.

Zhu's team zette een rubberen substraat onder spanning en gebruikte zeer specifieke niveaus van ultraviolette straling en ozon om de mechanische eigenschappen te veranderen. en plaatste vervolgens silicium nanodraden bovenop het substraat. De nanodraden vormden spoelen bij het loslaten van de spanning. Andere onderzoekers hebben spoelen kunnen maken met behulp van vrijstaande nanodraden, maar zijn tot dusver niet in staat geweest om die spoelen rechtstreeks op een rekbare ondergrond te integreren.

Hoewel de mechanische eigenschappen van de nieuwe spoelen het mogelijk maken om nog eens 104 procent langer dan hun oorspronkelijke lengte te worden uitgerekt, hun elektrische prestaties kunnen zo'n groot bereik niet betrouwbaar vasthouden, mogelijk als gevolg van factoren zoals verandering van contactweerstand of defecte elektrode, zegt Zhu. "We werken aan het verbeteren van de betrouwbaarheid van de elektrische prestaties wanneer de spoelen worden uitgerekt tot de limiet van hun mechanische rekbaarheid, die waarschijnlijk ver boven de 100 procent ligt, volgens onze analyse."